CN107952793A - 一种利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法 - Google Patents

一种利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，该方法为将黄孢原毛平革菌孢子采用Kirk培养液培养，得到含黄孢原毛平革菌菌球的培养液，将培养液喷洒至待修复重金属污染农田的土壤中，再在所述重金属污染农田土壤中种植苎麻，且在苎麻生长期间补充添加Kirk培养液，该方法采用微生物及植物协同进行重金属污染农田土壤的修复治理，修复治理后的农田土壤中重金属的浸出浓度小于《地表水质量标准》(GB3838‑2002)IV类，整个治理过程简单、修复周期短、修复效果好，并且修复过程对土壤无危害。

Description

一种利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农 田的方法
技术领域
本发明涉及一种重金属污染土壤的处理方法，特别涉及一种利用微生物和植物联合修复重金属污染农田的方法，属于农田重金属污染治理技术领域。
背景技术
随着矿产资源的大量开发利用，工业生产的迅猛发展和各种化学产品、农药及化肥的广泛使用，含重金属的污染物通过各种途径进入环境，造成土壤，尤其是农田土壤重金属污染日益严重。
镉为有毒元素，其化合物毒性更大。当环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉的生物半衰期为10～30年，且生物富集作用显著，即使停止接触，大部分以往蓄积的镉仍会继续停留在人体内。长期摄入含镉食品，可使肾脏发生慢性中毒，主要是损害肾小管和肾小球，导致蛋白尿、氨基酸尿和糖尿。同时，由于个镉离子取代了骨骼中的钙离子，从而妨碍钙在骨质上的正常沉积，也妨碍骨胶原的正常固化成熟，导致软骨病。
我国农田中镉本底值较高，同时采用污水灌溉多年，导致农田镉污染问题严峻。近年来爆发的“镉大米”事件将该污染问题推向了风口浪尖，因此，镉污染农田亟需治理。除镉之外，我国农田重金属污染金属还包括铅、砷和铬等。
目前，世界各国对农田土壤重金属污染修复技术主要包括工程修复、土壤淋洗修复、化学和生物修复。工程修复大量占用土地资源；土壤淋洗修复效果好，但处理成本高；化学修复效果好，成本低，但引入的化学物质会对农田造成危害。生物修复是利用生物技术治理污染土壤的方法。利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。由于该方法效果好、成本低、易于操作，并且可进一步修复污染区的植被与生态系统，因此日益受到人们的重视，成为污染土壤修复研究的热点。但是目前生物修复多采用种植植物，该方法修复周期较长，且修复量比较低。
发明内容
针对我国农田重金属污染严重及现有处理技术存在的不足，本发明的第一个目的是在于提供一种操作简便、修复周期短、效果良好，同时不对农田造成二次污染的利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，该方法包括以下步骤：
1)将黄孢原毛平革菌孢子采用Kirk培养液培养，得到含黄孢原毛平革菌菌球的培养液；
2)所述含黄孢原毛平革菌菌球的培养液喷洒至待修复重金属污染农田的土壤中；
3)在所述重金属污染农田土壤中种植苎麻；
4)在苎麻生长期间补充添加Kirk培养液。
本发明的技术方案关键是在于采用黄孢原毛平革菌菌球和苎麻共同修复重金属污染土壤，两者之间产生明显的协同增效作用。黄孢原毛平革菌菌球和苎麻生长在同一生态环境中，黄孢原毛平革菌菌球的菌丝能缠绕伴生长在苎麻的根系上，一方面，黄孢原毛平革菌菌球能从土壤环境中吸收游离的重金属，可以将游离的重金属富集在苎麻根系附近，部分重金属可以进入黄孢原毛平革菌细胞内，另一方面，黄孢原毛平革菌菌球在生长过程中会释放出较多的分泌物，其中包含多种酶类，如木质素过氧化物酶、漆酶和锰过氧化物酶等，这些酶不但能促进黄孢原毛平革菌有效的吸附重金，同时也能有效的促进苎麻根系吸附农田土壤中的游离重金属，从而提高了苎麻对土壤中重金属的富集效率，通过对苎麻进行及时收割，实现了土壤中重金属的转移。而富集了重金属的苎麻可以通过现有的工艺进行脱除重金属，实现苎麻的资源化利用。
优选的方案，含黄孢原毛平革菌菌球的培养液的制备过程：将黄孢原毛平革菌孢子粉末分散至水中得到孢子悬液，所述孢子悬液接种到Kirk液体培养基中，于35℃～39℃温度下旋转振荡培养60h～84h，培养过程中旋转速率控制在140rpm～160rpm，得到含黄孢原毛平革菌菌球的培养液。
优选的方案，所述含黄孢原毛平革菌菌球的培养液中黄孢原毛平革菌菌球的含量为10～20g/L。
优选的方案，所述的含黄孢原毛平革菌菌球的培养液在重金属污染农田土壤中的喷洒量为1000～2000L/亩。
优选的方案，所述苎麻的种植密度为1500～2500蔸/亩。
优选的方案，在重金属污染农田的土壤中喷洒含黄孢原毛平革菌菌球的培养液3～5天后，再种植苎麻。
优选的方案，在苎麻生长期间按200～500L/亩的量补充添加Kirk培养液。
优选的方案，所述重金属污染农田的土壤中的主要重金属及主要重金属含量为镉：0.3mg/kg～0.6mg/kg，砷：30～80mg/kg，铅：250～500mg/kg。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的技术方案采用黄孢原毛平革菌和苎麻联合进行土壤修复，两者的协同作用明显，大大提高对土壤中游离重金属的吸附、富集和转移效果。
本发明的技术方案具有处理周期短，处理效果好，同时与化学稳定化相比，不引入化学物质，不对农田土壤造成其它的化学影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明提供一种利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，包括如下步骤：
1、制取黄孢原毛平革菌菌球
将黄孢原毛平革菌BKM-F1767(在美国标准菌种收藏所的保藏编号为ATCC24725)孢子粉末悬浮于无菌水中制成孢子悬液，再将该孢子悬液接种到Kirk液体培养基中，于37℃温度下振荡培养72h，培养时转速控制在160rpm，过滤后得到黄孢原毛平革菌菌球。
2、平整场地
利用机械设备对污染农田土壤进行翻耕平整，平整区域内的土方平衡，在推土机推土前，对区域内的树桩、树根、杂草、垃圾、废渣等有碍物利用机械结合人工彻底清除，清理工作后，再用平地机进行细平工作，局部高差较大处，由铲运机铲运土方回填，尽量做到挖填同时进行，场地平整后高程符合设计要求。平整时应采取就近原则，挖取高于设计田面标高的土方回填至附近低于设计田面标高田块，开挖及回填时应保证表土回填前田块有足够的保水层。防止表土层底部为漏水层，在施工时应注意田面高程的控制。
3、微生物的喷洒
将制得的菌球连同培养液一同撒入待修复的农田，含菌球的培养液喷洒量为1500L/亩，培养液菌球含量为15g/L。
4、植物种植：待菌球及培养液投机3天后，种植苎麻，苎麻的种植密度为2000蔸/亩。
5、生长管理：在植物生长过程中向田间补充添加Kirk液体培养液，Kirk培养液的添加量为300L/亩。
按上述步骤1～5操作进行具体大田实验：
在湖南益阳某地选取重金属污染农田进行大田试验，重金属污染农田中镉、砷、铅平均含量分别为0.45mg/kg，50mg/kg，300mg/kg。将待修复重金属污染农田划分为16个小区域，每四个小区域为一个组，试验处理时设置四种处理方法，每种处理方法以一个组(即四个小区域)做平行实验，实验结果取平均值。第一组，空白对照，第二组，单独添加菌球，不种植苎麻；第三组，单独种植苎麻，不添加菌球；第四组，添加菌球和种植苎麻。试验结果见下表。
表1：黄孢原毛平革菌和苎麻对在土壤重金属浸出浓度的处理效果
由表1得出，经《固体废物浸出毒性方法水平震荡法》浸出后使用ICP-MS分析得出处理前农田土壤中重金属镉、砷和铅的浸出浓度，超过《地表水质量标准》(GB3838-2002)IV类。采用实施例1的方法对该农田进行处理，处理后重金属的浸出浓度分别为镉：0.004mg/L，砷：0.09mg/L，铅0.03mg/L都小于标准要求。而单独采用菌球处理的和单独采取苎麻处理的均不能达到标准要求。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将黄孢原毛平革菌孢子采用Kirk培养液培养，得到含黄孢原毛平革菌菌球的培养液；
2)所述含黄孢原毛平革菌菌球的培养液喷洒至待修复重金属污染农田的土壤中；
3)在所述重金属污染农田土壤中种植苎麻；
4)在苎麻生长期间补充添加Kirk培养液。
2.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，其特征在于：将黄孢原毛平革菌孢子粉末分散至水中得到孢子悬液，所述孢子悬液接种到Kirk液体培养基中，于35℃～39℃温度下旋转振荡培养60h～84h，培养过程中旋转速率控制在140rpm～160rpm，得到含黄孢原毛平革菌菌球的培养液。
3.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，其特征在于：所述含黄孢原毛平革菌菌球的培养液中黄孢原毛平革菌菌球的含量为10～20g/L。
4.根据权利要求1～3任一项所述的利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，其特征在于：所述的含黄孢原毛平革菌菌球的培养液在重金属污染农田土壤中的喷洒量为1000～2000L/亩。
5.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，其特征在于：所述苎麻的种植密度为1500～2500蔸/亩。
6.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，其特征在于：在重金属污染农田的土壤中喷洒含黄孢原毛平革菌菌球的培养液3～5天后，再种植苎麻。
7.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，其特征在于：在苎麻生长期间按200～500L/亩的量补充添加Kirk培养液。
8.根据权利要求1～3、4～7任一项所述的利用黄孢原毛平革菌和苎麻联合修复治理重金属污染农田的方法，其特征在于：所述重金属污染农田的土壤中包含的主要重金属及主要z重金属的含量：镉：0.3mg/kg～0.6mg/kg，砷：30～80mg/kg，铅：250～500mg/kg。
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